轻暗物质多通道直接探测：理论框架

我们提出了一个统一的理论框架，用于计算亚GeV暗物质通过多种相关通道的自旋无关直接探测率——核反冲、电子跃迁和单声子激发。尽管涉及的物理过程截然不同，但在每种情况下，探测率都可因式分解为粒子层面的矩阵元平方，以及对靶材料与通道特定的动力学结构因子的积分。我们展示了如何按照相同步骤在三种情况下推导动力学结构因子，并在多个方面推广了文献中的先前结果。对于电子跃迁，我们纳入了方向依赖性，并指出各向异性靶材料中潜在的日调制信号。对于单声子激发，我们基于第一性原理针对一般自旋无关耦合给出了速率公式的新推导，并首次计算了通过电子耦合实现的声子激发。我们还讨论了单声子激发与核反冲之间的相互作用，并阐明了Umklapp过程的作用，对于重于MeV的暗物质，该过程可主导单声子产生率。我们的结果凸显了不同搜索通道在探测暗物质散射不同运动学区间中的互补性，并为连接暗物质理论与正在进行及未来的直接探测实验提供了共同参考。